一种基于温度场测量技术的焚烧炉燃烧控制方法与流程

本发明涉及焚烧炉设计领域，特别是涉及一种基于温度场测量技术的焚烧炉燃烧控制方法，所述方法能够保障焚烧炉出口烟气温度均匀度，从而降低原始烟气污染物浓度、提高锅炉蒸汽量，可被应用于各种生活垃圾焚烧炉中。

背景技术：

随着国内垃圾产量逐年增加、垃圾处理压力日益增大，近年来国家高度重视垃圾无害化处理能力的提升，其中垃圾焚烧作为一种能源利用技术，因处理效率高、减容快、技术成熟，得到了迅猛发展。2006年，全国垃圾无害化处理量为0.74亿吨，其中通过焚烧处理的仅占5.1％；到2013年，全国垃圾无害化处理量增至1.54亿吨，而焚烧处理比例增至30.1％。“十二五”期间全国预计新增垃圾焚烧设施262座，处理能力达到21.9万吨/日。垃圾焚烧已经成为我国垃圾处理的重要力量。

燃烧自动控制(ACC)系统是垃圾焚烧系统的重要部分与核心技术。ACC的合理设计是保证垃圾焚烧发电项目高效、稳定、环保、低成本运行的关键。目前已有许多ACC控制理念被提出并实施，基本方向为蒸发量或焚烧量控制，其目标在于锅炉蒸汽的稳定输出和垃圾日处理量的精准控制，而对于焚烧炉出口温度均匀性和出口原始烟气污染物的控制并未作出更好的处理方法。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种焚烧炉燃烧控制方法以及一种基于温度场测量技术的焚烧炉，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种焚烧炉燃烧控制方法，包括：

步骤S100：提供焚烧炉出口温度分布情况；

步骤S200：根据焚烧炉出口温度分布情况构建焚烧炉出口温度二维平面分布图；

步骤S300：根据焚烧炉出口温度二维平面分布图判断焚烧炉的出口温度和高温区域的位置，根据焚烧炉的出口温度和高温区域的位置，调整焚烧炉的给料量、各段炉排的推进速度、各段炉排的供风量、一次风温度中的一项或多项，以控制焚烧炉的出口温度，并使炉内的火焰中心位于焚烧炉的中心区域；

步骤S400：根据焚烧炉出口温度二维平面分布图，将焚烧炉出口温度场划分为若干区域，单独控制每个区域对应的二次风供给量和/或再循环风供给量，从而控制温度场的均匀分布。

本发明第二方面提供一种基于温度场测量技术的焚烧炉，包括：

炉排，用于使处理物从供给侧移动至排出侧；

主燃烧室，沿着所述炉排延伸、并且隔着所述炉排被供给一次风；

二次燃烧室，位于主燃室上方，使从主燃烧室流出的烟气进行二次燃烧，并且所述二次燃烧室被供给二次风和/或再循环风；

一次风供给调节装置，用于供给一次风和调节各炉排的一次风的供给量；

所述二次燃烧室对应地分为若干个区域，各区域内均设有用于供给二次风和调节各区域二次风的供给量的二次风供给调节装置和/或用于供给再循环风和调节各区域再循环风的供给量的再循环风调节装置；

给料器，位于供给侧，用于向主燃烧室供给处理物；

焚烧炉出口，位于二次燃烧室的上方，二次燃烧室结束燃烧的气体通过焚烧炉出口排出焚烧炉；

温度场测量装置，位于焚烧炉出口，用于测量焚烧炉出口温度分布情况；

温度场计算单元，与温度场测量装置信号连接，用于构建焚烧炉出口温度二维平面分布图；

焚烧中心控制单元，分别与温度场计算单元、给料器、各段炉排和一次风供给调节装置信号连接，根据温度场计算单元提供的温度二维平面分布图，向给料器、各段炉排和一次风供给调节装置发送调节信号，调节给料器的给料量、各段炉排的推进速度、各段炉排的供风量、一次风温度，以控制焚烧炉的出口温度，并使焚烧炉内火焰中心位于焚烧炉的中心区域；

温度场均匀分布控制单元，分别于温度场计算单元、各温度场区域的二次风量供给调节装置和/或再循环风供给调节装置信号连接，根据温度场计算单元提供的温度二维平面分布图，调节各温度场区域的二次风供给量和/或再循环风供给量，使温度场均匀分布。

本发明具有以下有益效果：

本发明所提供的焚烧炉燃烧自动控制方法和基于温度场测量技术的焚烧炉能够降低焚烧炉出口烟气污染物浓度、提高锅炉蒸汽量，通过稳定焚烧炉出口温度范围和均匀焚烧炉出口温度场分布，改善第二燃烧室二次燃烧状况，从而有效降低烟气中污染物排放，保障锅炉受热面均衡受热，提高锅炉换热效率，维持锅炉蒸发量稳定，同时减少因烟气温度不均匀而造成的锅炉受热面高温结焦、腐蚀等情况。

附图说明

图1a显示为本发明基于温度场测量技术的焚烧炉示意图(含本发明温度场测量装置位置示意图)。

图1b显示为本发明焚烧炉出口温度二维平面分布图示意图。

图2显示为本发明锅炉蒸发量前后对比示意图(当日日15:20:30至次日10:13:30)，图中当日约20:40时间点(竖线所在位置)之前为本发明控制前数据，20:40时间点之后为本发明方法控制之后数据。

图3显示为本发明燃烧自动控制系统组合示意图。

图4显示为本发明燃烧自动控制方法示意图。

元件标号说明：

1 给料器

2 炉排

3 主燃烧室

4 二次燃烧室

5 温度场测量装置

6 锅炉

7 一次风供给调节装置

8 一次风温度调节装置

9 二次风供给调节装置

10 二次风温度调节装置

11 再循环风供给调节装置

12 再循环风温度调节装置

13 灰渣坑

14 温度场计算单元

15 焚烧中心控制单元

16 温度场均匀分布控制单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1-图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明发明人针对现有的燃烧自动控制系统的种种问题，对影响焚烧炉出口原始烟气污染物浓度的因素作了细致分析，发现控制原始烟气污染物的生成，其关键点在于：一是将焚烧炉出口温度范围控制在一合理区间内(本发明一优选实施例中为900℃～1050℃)，二是通过调整使焚烧炉出口温度场均匀分布，降低焚烧炉出口温度分布偏差。通过温度场测量技术的燃烧控制，可以更好控制焚烧炉出口原始烟气污染物的生成，实现更加高效、环保的垃圾焚烧，有效降低原始烟气污染物的生产，并提高锅炉蒸发量。

如图3、4所示，本发明提供一种焚烧炉燃烧控制方法，包括：

步骤S100：提供焚烧炉出口温度分布情况；

步骤S200：根据焚烧炉出口温度分布情况构建焚烧炉出口温度二维平面分布图；

步骤S300：根据焚烧炉出口温度二维平面分布图判断焚烧炉的出口温度和高温区域的位置，根据焚烧炉的出口温度和高温区域的位置，调整焚烧炉的给料量、各段炉排的推进速度、各段炉排的供风量、一次风温度中的一项或多项，以控制焚烧炉的出口温度，并使炉内的火焰中心位于焚烧炉的中心区域；

步骤S400：根据焚烧炉出口温度二维平面分布图，将焚烧炉出口温度场划分为若干区域，单独控制每个区域对应的二次风供给量和/或再循环风供给量，从而控制温度场的均匀分布。

本发明所提供的焚烧炉燃烧控制方法可适用机械式炉排炉。

在本发明一实施例中，如图1a所示，所述焚烧炉包括：用于使处理物从供给侧移动至排出侧的炉排2，沿着所述炉排2延伸、并且隔着所述炉排2被供给一次风的主燃烧室3；位于主燃烧室3上方，使从主燃烧室3流出的烟气进行二次燃烧，并且在所述主燃烧室3的上方被供给二次风或再循环风的二次燃烧室4；所述焚烧炉出口位于二次燃烧室4的上方，二次燃烧室4结束燃烧的气体通过焚烧炉出口排出焚烧炉。炉排通常按其功能分为干燥段、燃烧段和燃烬段，处理物由给料器推入焚烧炉内，通过炉排运动及各段炉排对应的燃烧风(一次风)，在干燥段水分不断蒸发、并被点燃，在燃烧段被燃烧，在燃烬段被燃烬并形成灰渣。

所述步骤S100中，可通过本领域各种可用的温度场测量技术提供焚烧炉出口温度分布情况，具体可使用的温度场测量技术包括但不限于：声学法温度测量装置、激光光谱法温度测量装置、辐射式测温装置或CO2光谱分析法温度测量装置等中的一种或多种的组合。焚烧炉出口可设置一层或多层温度场测量装置(如图1a所示)。

所述步骤S200中，可在焚烧炉出口设置的一层或多层温度场测量装置，构建一层或多层焚烧炉出口的温度二维平面分布图(如图1b所示)，所述二维平面分布图优选地为水平分布，即反应一水平面上的温度分布状况。

所述步骤S300中，控制焚烧炉的出口温度具体指：通过焚烧炉出口的温度二维平面分布图，获知焚烧炉的出口平均温度；向给料器、各段炉排和一次风调节装置发送调节信号，通过调节给料量、各段炉排的推进速度、各段炉排的供风量、一次风温度中的一项或多项，使出口温度保持在目标范围内。本领域技术人员可根据焚烧炉的实际尺寸和状况，判断选择合适的焚烧炉出口温度，在本发明一实施例中，焚烧炉的出口温度范围为900℃～1050℃；根据焚烧炉出口温度范围，若实时测量的焚烧炉出口温度低于目标范围(实施例中为低于900℃)时，可通过如下方式中的一项或多项提升出口温度，具体如：增加给料量、调整燃烧段炉排运行速度、加大一次风供风量、提升一次风温度等，并结合炉内火焰中心位置情况，调整各段炉排供风量；根据焚烧炉出口温度范围，若实时测量的焚烧炉出口温度高于目标范围(实施例中为高于1050℃)时，可通过如下方式中的一项或多项提升出口温度，具体如：减少给料量、调整燃烧段炉排运行速度，减少一次风供风量、降低一次风温度等，并结合炉内火焰中心位置情况，调整各段炉排供风量；根据焚烧炉出口温度范围，若实时测量的焚烧炉出口温度介于目标范围内(实施例中为介于900℃～1050℃之间)，维持现有控制状态，结合焚烧炉内垃圾层厚、炉内火焰中心位置等情况，进行微调。

所述步骤S300中，焚烧炉中火焰中心位置优选位于焚烧炉的中心区域，所述中心区域具体指燃烧段的中间区域，在本发明一实施例中，燃烧段分为燃烧一段和燃烧二段，所述中间区域为燃烧一段和燃烧二段之间(所述炉排包含从供给侧向排出侧排列的干燥段、燃烧段和燃烬段，所述干燥段具体指对垃圾进行干燥与挥发分析出过程的炉排段，所述燃烧段具体指将垃圾进行充分热分解，利用火焰进行燃烧的炉排段，所述燃烬段是指使尚含有少量以固定碳为主的未燃成分的物料进行表面燃烧并排出炉渣的炉排段。在本发明一实施例中，所述燃烧段包括从供给侧向排出侧排列的前后等分的燃烧一段和燃烧二段)。使炉内的火焰中心位于焚烧炉的中心区域的具体方法为：通过高温区域在二维平面温度场的位置，判断火焰中心位于焚烧炉中的位置，当高温区域位于二维平面温度场后部时、判断焚烧炉内火焰中心位置偏后，高温区域位于二维平面温度场前部时、判断焚烧炉内火焰中心位置偏前；向给料器、各段炉排和一次风调节装置发送调节信号，通过调节给料量、各段炉排的推进速度、各段炉排的供风量、一次风温度等中的一项或多项，达到调节火焰中心位置的目的。在调节焚烧炉各参数时，还需注意焚烧炉内的垃圾层厚和热酌减率等，垃圾层厚主要受给料量、燃烧状况、炉排运动速度、各段炉排供风量等综合因素影响，非直接单独调节；热酌减率通常不作特意控制，在燃烧状况稳定的情况下，热酌减率是达标的，实际工程中可在燃烬段上方布置温度测点，通过参考其温度值来确定热灼减率是否达标，若燃烬段上方温度过高，通过降低燃烬段炉排速度和适当增加燃烬段风量实现残余垃圾充分燃烧，使热酌减率达标，一般来讲，控制好火焰中心位置就能保证热酌减率达标。

所述步骤S400中，根据焚烧炉出口温度二维平面分布图，将焚烧炉出口温度场划分为若干区域，单独控制每个区域对应的二次风供给量和/或再循环风供给量，从而控制温度场的均匀分布的具体方法为：将焚烧炉出口划分为若干个区域，并对应焚烧炉出口将焚烧炉的二次燃烧室竖直分为若干个区域，二次燃烧室的各区域内均设有用于调节各区域二次风的供给量的二次风供给调节装置和/或用于调节各区域再循环风的供给量的再循环风供给调节装置；根据焚烧炉出口温度二维平面分布图，获知焚烧炉出口各区域的温度，并通过单独控制每个焚烧炉出口区域所对应的燃烧室区域的二次风和/或再循环换风，实现焚烧炉出口各区域温度的单独调控，从而实现整个焚烧炉出口温度温度场的均匀分布。

在本发明一优选实施例中，使用所述焚烧炉燃烧控制方法对焚烧炉进行控制，具体所处理的物料为生活垃圾，经堆酵处理后入炉时含水率约40～55％，热值约1600～1900kcal，入料速度为31～32吨/小时，所使用的焚烧线规模为750吨/天，采用往复式机械炉排炉，物料在整个焚烧炉内停留时间约2～2.5h，燃烬后以炉渣形式排出。蒸汽锅炉为中温中压(400℃、3.9MPa)锅炉，额定蒸发量70.6吨/小时。如图2所示，图中当日约20:40时间点(竖线所在位置)之前为本发明控制前数据，20:40时间点之后为本发明方法控制之后数据，可见本发明所提供的控制方法能够有效提升锅炉的蒸发量。

在本发明一实施例中，所述焚烧炉出口划分为六个区域，并对应焚烧炉出口将焚烧炉的燃烧室竖直分为六个区域；根据焚烧炉出口二维平面温度场分布情况，自动控制六个区域的二次风供风量和/或再循环风供给量，实现焚烧炉出口温度场的均匀分布，使整个温度场(不含近水冷壁处区域)的温度偏差值不超过50℃，且能够有效促进二次燃烧，降低焚烧炉出口烟气污染物浓度。

本发明所提供的焚烧炉燃烧自动控制方法可以提高锅炉蒸汽输出，在稳定焚烧炉出口温度和均匀焚烧炉出口二维平面温度分布情况下，可以保障锅炉受热面均衡受热，提高锅炉蒸发量(如图3所示)。

本发明进一步提供一种基于温度场测量技术的焚烧炉，如图1a所示，包括：

炉排2，用于使处理物从供给侧移动至排出侧；所述炉排2包含从供给侧向排出侧排列的干燥段、燃烧段和燃烬段，所述干燥段具体指对垃圾进行干燥与挥发分析出过程的炉排段，所述燃烧段具体指将垃圾进行充分热分解，利用火焰进行燃烧的炉排段，所述燃烬段是指使尚含有少量以固定碳为主的未燃成分的物料进行表面燃烧并排出炉渣的炉排段。在本发明一实施例中，所述燃烧段包括从供给侧向排出侧排列的前后等分的燃烧一段和燃烧二段。

主燃烧室3，沿着所述炉排2延伸、并且隔着所述炉排2被供给一次风；

二次燃烧室4，位于主燃室3上方并且被供给二次风和/或再循环风，使从主燃烧室3流出的烟气进行二次燃烧，；在本发明一实施例中，二次燃烧室为主燃烧室的延伸，优选为竖直向上的延伸，两者并没有明显的分界，所述二次燃烧室对应地分为若干个区域，各区域内均设有用于供给二次风和调节各区域二次风的供给量的二次风供给调节装置9和/或用于供给再循环风和调节各区域再循环风的供给量的再循环风供给调节装置11；优选还包括二次风温度调节装置10和/或再循环烟气温度调节装置12，用于调节二次风供给调节装置9和/或再循环风供给调节装置11所供应的二次风和/或再循环风的温度。

一次风供给调节装置7，用于供给一次风和调节各炉排的一次风的供给量，所述一次风供给调节装置7优选独立控制各炉排2的一次风的供给量。优选还包括一次风温度调节装置8，用于调节一次风供给调节装置7所供应的一次风的温度。

给料器1，位于供给侧，用于向主燃烧室3供给处理物；

焚烧炉出口，位于二次燃烧室4的上方，二次燃烧室4结束燃烧的气体通过焚烧炉出口排出焚烧炉；所述焚烧炉出口具体指二次燃烧室4的出口。

温度场测量装置5，位于焚烧炉出口，用于测量焚烧炉出口温度分布情况；焚烧炉出口可设置一层或多层温度场测量装置，所述温度场测量装置选自声学法温度测量装置、激光光谱法温度测量装置或CO2光谱分析法温度测量装置等中的一种或多种的组合。优选的，所述温度场测量装置水平分布，以获得水平的出口温度二维平面分布图。

温度场计算单元14，与温度场测量装置信号连接，用于构建焚烧炉出口温度二维平面分布图；对于本领域技术人员而言，可选择适用的软件，对温度场测量装置获得的温度数据进行处理和模拟，以获得焚烧炉出口温度二维平面分布图。

焚烧中心控制单元15，分别与温度场计算单元14、给料器1、各段炉排2和一次风供给调节装置信号连接，根据温度场计算单元提供的温度二维平面分布图，向给料器、各段炉排和一次风供给调节装置7发送调节信号，调节给料器1的给料量、各段炉排的推进速度、各段炉排的供风量、一次风温度，以控制焚烧炉的出口温度，并使焚烧炉内火焰中心位于焚烧炉的中心区域。所述控制焚烧炉的出口温度具体指：通过焚烧炉出口的温度二维平面分布图，获知焚烧炉的出口平均温度，通过调节给料量、各段炉排和一次风机，使出口温度保持在目标范围内。本领域技术人员可根据焚烧炉的实际尺寸和状况，判断选择合适的焚烧炉出口温度，在本发明一实施例中，焚烧炉的出口温度范围为900℃～1050℃；根据焚烧炉出口温度范围，若实时测量的焚烧炉出口温度低于目标范围(实施例中为低于900℃)时，增加给料量、调整燃烧段炉排运行速度，加大一次风供风量，结合炉内火焰中心位置情况，调整各段炉排配风比；根据焚烧炉出口温度范围，若实时测量的焚烧炉出口温度高于目标范围(实施例中为高于1050℃)时，减少给料量、调整燃烧段炉排运行速度，减少一次风供风量，结合炉内火焰中心位置情况，调整各段炉排配风比；根据焚烧炉出口温度范围，若实时测量的焚烧炉出口温度介于目标范围内(实施例中为介于900℃～1050℃之间)，维持现有控制状态，结合焚烧炉内垃圾层厚、炉内火焰中心位置等情况，进行微调。所述使炉内的火焰中心位于焚烧炉的中心区域的具体方法为：通过高温区域在二维平面温度场的位置，判断火焰中心位于焚烧炉中的位置，当高温区域位于二维平面温度场后部时，判断焚烧炉内火焰中心位置偏后、高温区域位于二维平面温度场前部时，判断焚烧炉内火焰中心位置偏前；然后通过调节给料量、各段炉排和一次风机，达到调节火焰中心位置的目的，调节参数包括：给料量、各段炉排推进速度、各段炉排供风量、一次风温度等。

温度场均匀分布控制单元16，分别与温度场计算单元14、各温度场区域的二次风供给调节装置9和/或再循环风供给调节装置11信号连接，根据温度场计算单元提供的温度二维平面分布图，向二次风供给调节装置9和/或再循环风供给调节装置11发送调节信号，调节各温度场区域的二次风供给量和/或再循环风供给量，使温度场均匀分布。所述使温度场的均匀分布的具体方法为：将焚烧炉出口划分为若干个区域，并对应焚烧炉出口将焚烧炉的燃烧室竖直分为若干个区域，燃烧室的各区域内均设有用于调节各区域二次风的供给量的二次风调节装置和/或用于调节各区域再循环风的供给量的再循环风调节装置；根据焚烧炉出口温度二维平面分布图，获知焚烧炉出口各区域的温度，并通过单独控制每个焚烧炉出口区域所对应的燃烧室区域的二次风或再循环换风，实现焚烧炉出口各区域温度的单独调控，从而实现整个焚烧炉出口温度温度场的均匀分布。

综上所述，本发明有效弥补了现有技术中的缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。